Conception et caractérisation d'un hydrogel bioactif pour la régénération du disque intervertébral

Résumé

Le traitement minimalement invasif de la dégénérescence du disque intervertébral constitue une approche intéressante pour pallier les insuffisances des techniques chirurgicales actuelles. Ce type de technologie requiert l’encapsulation de cellules dans des matrices injectables avec ou sans facteurs bioactifs. Idéalement, la matrice injectable doit permettre de renforcer mécaniquement le tissu dégénéré pendant que les facteurs bioactifs stimulent les cellules encapsulées à produire les composants nécessaires pour la régénération du tissu. Pour ce faire, la matrice doit respecter à la fois des spécifications mécaniques et biologiques précises. Compte tenu de leur teneur élevée en eau et leur versatilité, les hydrogels injectables constituent des candidats très intéressants. Cependant, les hydrogels actuellement développés peinent à respecter à la fois les spécifications mécaniques et biologiques nécessaires à leur performance clinique. Des formulations d’hydrogels de chitosane thermosensibles et une molécule bioactive, le Link N respectivement développés ou évalué dans les laboratoires des professeurs Sophie Lerouge et Fackson Mwale pourraient pallier ces insuffisances. Le Link N est une molécule bioactive favorisant la synthèse de protéoglycanes, un composant important de la matrice extracellulaire du disque responsable de ses propriétés mécaniques en compression. L’objectif du projet est de développer et de démontrer le potentiel de ces hydrogels associés au Link N, à restaurer les propriétés biomécaniques du disque notamment sa partie centrale: le noyau pulpeux (NP). Le projet fait l’hypothèse selon laquelle, ces formulations d’hydrogels une fois optimisées et associées au Link N, posséderaient les propriétés mécaniques adéquates et seraient capables de permettre l’encapsulation des cellules, assurer leur survie ainsi que la production d’une matrice extracellulaire appropriée à l’obtention d’un tissu fonctionnel ayant les propriétés proches du NP sain. Dans un premier temps, une étude d’optimisation a été effectuée et a permis de sélectionner une formulation optimale constituée de 2%w/v de chitosane, 75mM de sodium hydrogénocarbonate et de 100mM de β glycérophosphate. Cette formulation est liquide et stable à température ambiante et injectable à travers une aiguille (22 gauge). Elle présente une vitesse de gélification adéquate et des propriétés mécaniques en compression et en torsion proches de celles du NP humain, après complète gélification. Les propriétés de ce gel permettent l’encapsulation et la survie des cellules du NP (plus de 80% de viabilité après 14 jours de culture). Cependant, la quantité de protéoglycanes produite est sous-optimale. Cette activité de synthèse a été améliorée par l’ajout du Link N (100µ/mL) et de la gélatine (1%w/v) dans une seconde étape du projet. L’efficacité de ces facteurs bioactifs a été évaluée et confirmée dans un milieu de culture répliquant la composition biochimique d’un disque dégénéré et indique donc le potentiel clinique de la méthode. Dans une troisième étape, des tests ex vivo dans un modèle de disque bovin dégénéré ont été effectués afin d’évaluer la capacité du gel à restaurer les propriétés mécaniques du disque. Cependant, la diffusion de la solution de dégénération en dehors du NP vers le reste du disque nous a empêchée d’aller au bout de cette étape. Néanmoins, un protocole a été mis au point afin de définir les paramètres importants à prendre en compte pour effectuer de façon fiable ce type d’étude. Finalement, en vue d’évaluer le potentiel de transfert clinique de la technologie, la viabilité des cellules souches/stromales mésenchymateuses (MSC) encapsulées dans ce gel a été étudiée. Ces résultats montrent que la sensibilité de ces cellules et le manque de motifs d’adhésion cellulaire dans le gel de chitosane ne favorisent pas suffisamment la survie des MSC dans le gel. La technologie reste donc à améliorer afin de remédier à ce manque d’adhésion cellulaire, critique pour les MSC qui sont les plus appropriées pour une utilisation clinique de cette technologie.

Date	26 août 2022
langue originale	Français
Établissement diplômant	École de technologie supérieure
Superviseur	Sophie Lerouge (Directeur(-trice)) & Fackson Mwale (Codirecteur(-trice))